بررسی سازه های بتنی آب وفاضلاب و روشهای بهسازی آن

 اسماعيل مرادی، علی اکبر اهری آبش احمدلو

1- دانشجوی کارشناسی ارشدمهندسی عمران –زلزله دانشگاه آزاداسلامی واحدمراغه

 2- فوق لیسانس سازه های هیدرولیکی –دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

 

چكيده

 سازه‌هاي مختلف آب و فاضلاب همچون شبكه‌ هاي جمع‌آوري و خطوط اصلي فاضلاب، اغلب بتني بوده و ساخت و ساز انها سرمايه‌ گذاري عظيمي نياز دارد. از سوي ديگر اين سازه‌ها به دليل مجاورت با مواد خورنده موجود در آب و فاضلاب در صورت عدم حفاظت مناسب در مدت زمان كوتاهي نسبت به عمر مفيد خود از مدار استفاده و بهره‌برداري خارج شده و مسائل و مشكلات عديده‌اي را به وجود مي‌آورند. نظر به اينكه خارج كردن خطوط جمع‌آوري فاضلاب از مدار به منظور تعميرات اساسي و قطع جريان تقريباً ناممكن است، لذا بايد مطالعات لازم در جهت يافتن راهكارهايي به منظور پيشگيري از ايجاد وضعيت‌هاي ناخواسته و حفظ سيستم‌هاي مورد نظر انجام پذيرد. در اين مقاله با توجه به مشكلات ناشي از بروز خوردگي و سايش و فساد در سازه‌هاي بتني آب و فاضلاب، ضمن معرفي مهمترين عوامل موثر بر بروز اين پديده‌ها، روش‌هاي مناسب براي پيشگيري از افزايش مشكلات مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

سوالات تحقيق:

در اين مقاله ، به بررسی سازه هایی بتنی همچون لوله ها، مخازن و روش های کنترل خوردگی و همچنین سوالاتی چون عوامل پیدایش ترک در سازه های فوق و دلایل انتخاب مخازن پیش ساخته نسبت به مخازن بتنی  مورد بحث می باشد

روش تحقیق:

در این مقاله درابتدا به بررسی دلایل عمده خوردگی مانندآسیب دیدگی بیولوژیکی، نحوه مبارزه باخوردگی در فاضلاب روها ، بررسی آسیب دیدگی های بتن مسلح و درنهایت معرفی مخازن پیش ساخته آب پرداخته شده است.        

نتیجه گیری:

يکي از بحث انگيزترين مسائلي که در بررسي مخازن  مورد توجه است انواع خوردگي و روشهاي مقابله با آن است. در ساخت لوله های بتنی باید سعی شود از بتن با نفوذ پذیری کم استفاده شود که این نوع بتن از ساخت مخلوطی با نسبت w/c با تراکم مناسب ونگهداری کافی بدست می آید تا کمترین نفوذ CO₂ ،^–CL وحمله بتن ها را داشته باشیم.

كلمات كليدي: سازه های بتنی- بتن آب و فا ضلاب– خوردگی– موادافزودنی- روشهای بهسازی

 

1. مقدمه

يكي ازمهمترين دغدغه هاي مهندسين صنعت آب وفاضلاب مساله خوردگی در سازه های مرتبط مي باشد.انتخاب يك پوشش مناسب ومقاوم وازنظراقتصادي مقرون به صرفه نيازمندتحقيق وكاركارشناسي دقيق مي باشد.انتخاب يك پوشش مناسب ميتواندعمرشبكه هاي آب وفاضلاب راافزايش دهدوازخسارت زيادي ناشي از خوردگي جلوگيري نمايد. مثلا درلوله هاي انتقال فاضلاب ساخته شده ازبتن ،آهن يا فولاداسيدسولفوريك توليد شده ميتواندلوله هاي فاضلاب رادرنقاط مختلف بويژه درتاج لوله موردحمله قرارداده ياآنراتخريب نمايد.اين پديده دراثرگرماونيز درموارديكه شيب خط انتقال كم باشد باعث تشديد خوردگي شده واثرتخريبي آن افزايش مي يابد.خسارت زيادي ناشي ازاين عوامل درنقاط مختلف جهان بويژه درسواحل گرم بوجودآمده است،يادآوري ميشود كه عمده ترين عامل پيدايش بو وخوردگي درسيستمهاي فاضلابي تركيبات گوگرداست كه متاسفانه به ميزان قابل توجهي درفاضلابها به علت تخليه فاضلابهاي صنعتي در تاسيسات فاضلابي ويادراثرفعل وانفعالات بيولوژيكي وتغيراتي كه دراثراين فعل و انفعالات درتركيبات گوگرد موجود درفاضلاب نظيرسولفات بوجود مي آيدديده مي شود، متاسفانه اين تركيبات نه تنهادرپيدايش بو وخوردگي تاسيسات فاضلابي موثرندبلكه درصورت تخليه ازطريق فاضلاب به محيط زيست اثرات جبران ناپذيري مثل ازبين رفتن موجودات آبي بوجودخواهندآورد.علت تاكيد دراثرات زيان آورتركيبات گوگردوبررسي نحوه ي تشكيل وخوردگي هاي حاصل ازاين عوامل اينست كه تركيبات گوگردمهمترين و عملا"بيشترين خسارات خوردگي رابه تاسيسات فاضلابي واردمي نماید. با توجه به نقش و  اهميت جايگاه تامين آب شرب و بهداشتي مورد مصرف اقشار مختلف مردم در شهرها و روستاهاي کشور و بالا بردن ميزان بهره بري از منابع آب قابل استحصال از يک سو و از سوي ديگر کاهش مشکلات فراروي تاسيسات و ابنيه آبي و افزايش عمر کاربري تاسيسات تهيه ، انتقال،توزيع ، تصفيه، و ذخيره سازي آب شرب از جايگاه ويژه‌اي برخوردار است. يکي از دغدغه‌هاي اساسي صنعتگران و کاربران کشور حفظ و نگهداري تاسيسات و زير ساختهاي آبي مي باشد که هزينه هاي سنگيني صرف ساخت و بهره برداري از آنها شده است و در مرحله بهره برداري ،نگهداري بهينه از آنها از اهميت خاصي برخوردار است. شريانهاي حياتي و ملزومات آن امروزه کليد هاي توسعه و رشد بشري مي باشند ولي بروز مشکلات عديده اي مثل بلاياي طبيعي ، آسيب هاي محيطي نظير خوردگي باعث کاستي ها و نقصان در بهره برداري آنها گرديده است. در اين مقاله سعي شده با تجربيات شرکت آبفار بر روي معضل خوردگي کنکاشي ديگر صورت پذيرد و کارآمدي روشهاي موجود حفاظتي بررسي گردد.

 

2. آسيب ديدگي بيولوژيكي

عمده ترين ومهمترين نوع حمله بيولوژيكي به بتن حمله باكتريهاي گوگرددرفاضلابها است معمولا"درفاضلابهاي خانگي اين باكتريهااثربدي برروي بتن ندارند.درشراط خاص مثلا"زماني كه غلظت فاضلاب زياد،سرعت جريان كم ودرجه حرارت بالاباشددراكسيداسيون تركيبات معدني وآلي گوگردتوسط باكتريهاي هوازي تبديل به اسيدسولفوريك مي شودكه سطح بتن رابخصوص درحدفاصل خط آب وديواره شديدا"ميخورد. درفاضلابهايي كه تصور مي شودمقدارنمكهاي سولفات بالا باشد(حدود 150 قسمت در ميليون)بايدتمام پيش بيني هاي ضروري براي جلوگيري ازحمله سولفاتها به عمل آيد. درچنين مواردي بهتراست براي ساختن لوله هاي بتني داراي سيمان تیپ سه، آلومينات كلسيم كمتر(حدود 8 درصد)استفاده نمود.ضمنا"براي به حداقل رساندن ميزان نفوذمايعات، لوله بتني فاضلاب بايد داراي نفوذپذيري پايين باشد،يعني بتن لوله هابايدداراي سيمان زياد،نسبت آب به سيمان كم،متراكم ويكنواخت باشد. اساسا براي جلوگيري ازخورده شدن لوله هابايد بطريقي ازتشكيل اسيدسولفوريك درداخل لوله هاممانعت كرد.براي اين كار روشهاي خاص مانند تسريع جريان،تهويه جهت خارج كردن گاز سولفيدهيدروژن H₂S)) متصاعدشده،بكاربردن موادشيميايي براي جلوگيري ازتبديل تركيبات گوگردي به سولفيدهيدروژن يااستفاده ازموادسمي براي كاهش فعاليت باكتري هاي بي هوازي،استفاده مي شود. به طوركلي رستني هامانندگلسنگ،خزه،جلبك ياريشه گياهان ودرختان بانفوذدرتركها ونقاط ضعيف وايجادفشاردرآنهاموجب آسيب ديدگي مكانيكي درسازه هاي بتني ميگردند.جلبكهاكمترازباكتريهامضرندودرمواردي سطح بتن راخشك مي كنند.جلبكهاي دريايي براي بتن ضرر ندارندوگاهي هم ازنفوذاكسيژن به داخل بتن ودرنتيجه خورده شدن آرماتورهاجلوگيري مي كنندولي هنگام خاك شدن درروي بتن چون مقداري ازآب غليظ شده دريارادرخودحفظ ميكنند مضرند.مواردي ازجمله قارچ هابه بتن گزارش شده ولي اين امربسيارنادراست.

 

3. عوامل موثردرتركيبات گوگردي

متاسفانه مشكلات ناشي ازخوردگي  H₂Sبه ندرت موردتوجه دست اندركاران فاضلاب قرار ميگيرد مگراينكه حادثه اي مانند تخريب لوله هادراثر شدت خوردگي تاج آنهااتفاق مي افتدوياگرفتگي فاضلابروهابعلت محصولات حاصل ازخوردگي بوجودمي آيد.گاهي اوقات عمق فاجعه خوردگي درتابلوهاي كنترل تصفيه خانه فاضلاب واحدهاي تصفيه بكاررفته درتصفيه خانه فاضلاب نحوه ي انتقال وفاضلاب به تصفيه خانه وبسياري عوامل ديگر مربوط مي شود. ميزان خوردگي H₂S،به عواملي چون كيفيت جمع آوري فاضلاب،حضوراكسيژن محلول درفاضلاب،رشدلايه بيولوژيكي هوازي چسبيده به لايه بيولوژيكي جدارمستغرق راتسريع نموده ودراين حال  H₂S توليدي درلايه بي هوازي درقسمت هوازي لايه اكسيده خواهدشد. حرارت نيزاثرمهمي درفعاليت بيولوژيكي باكتريهاي احياي سولفات داشته وتجربه نشان داده كه توليدكربنات گوگردي به ازاي افزايش هريك درجه سانتيگرادبرحرارت فاضلاب حدود7 درصدافزايش خواهديافت.اين حرارت تاحدود 40 درجه سانتيگراد ادامه خواهدداشت. بدبن ترتيب فعل و انفعالات تشكيل تركيبات گوگردي به ازاي افزايش هر 10 درجه سانتيگراد دو برابر خواهد شد. ازعوامل مهم ديگري كه درميزان خوردگي دخالت داردميتوان به كاهش غلظت فلزات وسايرعوامل تشكيل دهنده هاي فاضلابهاي صنعتي كه به فاضلابهاي شهري تخليه مي شونداشاره نمود.شايدعلت اين امركندشدن فعاليت باكتريهاي احياي سولفات باشد.

ازفلزاتي كه بيشترين اثررادرافزايش غلظت H₂S محلول دراثركاهش غلظت خود دارند،مي توان بهFe،Pb،‍‍Cu،‍Ca،Zn،‍CrوNi اشاره نمود.تعويض مواداوليه تركيبات سولفاتي در20 سال اخير بامواد قابل تجزيه ترباعث افزايش سريع غلظت H₂S وسرعت تجزيه موادجديددرفاضلابها گرديده است.ميزان اين افزايش غلظت H₂S،درمقايسه بين سالهاي 1971 تا7 198 به هزار درصد رسيده است.توقف طولاني فاضلاب در تاسيسات فاضلابي مانند حوضهاي ته نشيني اوليه و وجود تلاطم و بهم خوردگي درنقاطي از تاسيسات مي تواندبه آزاد شدن سريعتر H₂S كمك نمايد.حتي اگرغلظت H₂S محلول 0.1 تا0.2 ميلي گرم درليتر باشدتلاطم ميزان آزادشدن  H₂Sگازي راكه اثرمستقيم درخوردگي داردرا افزايش خواهد داد.

 

پس ميتوانيم مهمترين شرايط تسريع خوردگي راچنين بيان كنيم:

1-عدم حضور يا غلظت كم اكسيژن

2-متصاعدشدن سريع H₂Sازفاضلاب

3-حضوررطوبت درموارديكه موردحمله  H₂Sقرارميگيرد.

وبالاخره اينكه خوردگي هاي سازه هاي بتني و فلزي به علل زيرقابل پيش بيني هستند:

1-حضوررطوبت

2-حرارت لوله ها كه بالا بودن آن فعاليتهاي باكتريها را زياد ميكند.

3-قليائيت بتن كه بالا بودن آن مقاومت بتن رادربرابر سايش افزايش ميدهد.

 

4. نحوه ي مبارزه با خوردگي در فاضلابروها

به منظور اطلاع از وضع خوردگي در شبكه هاي فاضلاب و احيانا"بررسي هاي آينده اين خوردگي ها لازم است نقاطي كه احتمال خوردگي درآنهابه علت H₂Sو H₂SO₄ زياداست برروي نقشه فاضلابروي هرمنطقه علامتگذاري شود.به طوركلي نقاط زيربراي جلوگيري ازاحتمال خوردگي بايدعلامتگذاري شوند:

1-نقاطي كه ممكنست درآنهاعمل سپتيك شدن فاضلاب كه خودشروع پيدايش H₂S خورنده است.

2-نقاطي كه ممكنست فاضلاب در آنها تلاطم زياد داشته باشد.

3-محل آدمروها كه از مهمترين نقاط متصاعدشدن H₂S و ايجاد بواست.

به عنوان مثال لوله هاي بتني غيرمسلح كمترازلوله هاي  بتن مسلح درغلظت معيني از   H₂S و  H₂SO₄ خورده مي شودواين به علت وجود لايه هاي قليايي درجدار لوله هاي بتني غيرمسلح است كه دربرابرحملات اسيدي مقاومت مي نمايد.دربازرسي هاي اوليه لازم است بعضي پارامترهاي موثردر خوردگي كه ازناحيه درجه حرارت فاضلاب متاثر مي شود تعيين گردد وتوصيه مي شوداين پارامترهاو بازرسيهادرتابستان كه H₂S دربيشترين مقدارخودتوليد و متصاعد مي گردد به عمل آيد. دربازرسي هاي اوليه لازمست موارد زير اندازه گيري شود:

1-تعيين H₂Sاتمسفري

2-بازبيني مشاهده اي

3-تعيين حرارت وPH فاضلاب

4-تعيين  H₂Sمحلول فاضلاب

5-تعيين  PHتاج فاضلابروها

 

       5. آسيب ديدگيهاي بتن مسلح

 . 1 - 5  نفوذپديري بتن:

نفوذپذيري يكي ازعواملي است كه براي مقاومت و دوام بتن دربرابر عوامل تخريبي موثر است زيراهمانطوركه ميدانيم تركيبات شيميايي خارجي مي توانندبانفوذبه داخل بتن وواكنشهاي شيميايي برروي خمير سيمان ونيز برروي آرماتورهاي درون بتن اثربگذارند.كم دوامي وگسيختگي بتن به عوامل مختلف ومتعدد بستگي دارد،بنحوي كه عليرغم برخي ازكيفيتهاي نامناسب ممكن است عملكرديك يتن رضايت بخش باشدامانفوذپذيري از پارامترهايي است كه مي تواند به تنهايي سبب تخريب بتن گردد. نفوذپذيري شامل نفوذمايع ياگازهاازخارج به داخل ياازداخل به خارج بتن ميشود،مثلا"نفوذهيدروكسيدكلسيم ازبتن به خارج ازآن وبانفوذ آب به داخل بتن كه مي تواند باعث بروز يخ زدگي و آسيب بتن گردد ازجمله موارديست كه نفوذپذيري برآن موثر است.ضمن آنكه اين پديده برخواص انتقال حرارت بتن نيز تاثير مي گذارد.

عمدتا"نفوذپذيري خميرسيمان بيشترين تاثير رابرنفوذپذيري بتن دارد،ليكن درسنگدانه ها منافذي وجود دارد كه تشديدكننده اين پديده است.

نمونه اي ازمقاديرنفوذپذيري بتن هايي كه در بعضي ازسدهاي ايالات متحده امريكا بكاربرده شده اند درجدول(1)داده شده است.دراين نوع سازه هانفوذپذيري ازاهميت خاصي برخورداراست زيراممكن است برنيروهاي هيدروليك وبافشارحفره اي تاثير بگذارد ودربعضي موارد سبب حل شدن مواددرآبهاي اسيدي و به خارج راه يافتن آنهاگردد،امابايدتوجه داشت كه نفوذپذيري درسدها ممكن است بطوركلي بيشترتحت تاثير تركها ومجاري ديگر آب واقع شود لذا ميتوان متذكر شد كه نفوذپذيري بتن انبوه وخوب طراحي شده حتي وقتي سيمان آن به كمي 112 كيلوگرم برمترمكعب بتن باشد بقدري كم است كه احتمال نمي روددرطول عمرمعمولي سدها فشار حفره اي حالت تعادل حاصل شود.ذكراين نكته مفيد است كه استانداردACI301 پيشنهاد مي نمايد براي آنكه بتن ساختماني آب بندباشد نسبت آب به سيمان آن براي مواردي كه درمعرض آب تازه قرارميگيرد نبايدبيش از 0.48 باشدوبراي موارد آب دريا نسبت نبايداز 0.44 تجاوز نمايد.

 

مقدارسيمانKg/m3	نسبت W/C	نفوذپذيري m/s 12-10
156 151 138 223	0.69 0.74 0.75 0.46	8 24 35 28

 جدول 1.مقادير نمونه اي ازنفوذپذيري بتن مصرف شده در سدها

 

5-2.      انواع ترك و علل پيدايش آن

هنگامي كه كرنشهاي كششي دربتن ازظرفيت كرنش كششي آن تجاوز مي كند تركها بروز مي كنند.

مكانيزمهاي متعددي كه باعث بروز كرنشها مي گردند عبارتند از:

1- تركهاي ناشي از تغییر شکلها

به عنوان مثال ميتوان از جمع شدگي ناشي از خشك شدن (drying shrinkage)،انبساط يا انقباض ناشي از تغييرات دما (temperature changer)و نشست پلاستيك (plastic settlement)  ياجمع شدگي  (shrinkage)نام برد. اين عوامل فقط هنگامي باعث كرنشهاي كششي مي شوندكه بتن محدود شده باشداين محدوديت مي تواند محلي باشد يا در يك محدوده بزرگ هنگامي كه جمع شدگي دريك عضو به دليل اتصال به عضو ديگر محدود شده است. هنگامي كه يك سازه يايك عضوسازه درمقابل تغييرشكلهاي اضافي مقاومت مي كند تنشهارخ داده ودر نتيجه باعث بروزترك مي گردندو هرچه سازه بيشتر مفيد باشد تركها بزرگتر خواهند بود.

2- تركهاي ناشي از جمع شدگي پلاستيك ونشست پلاستيك

تركهاي جمع شدگي پلاستيك  (plastic shrinkage)اغلب در دال هااتفاق مي افتد وتركهاي نشست پلاستيك   (plastic settlement)يااسلامپ كه در عضوهاي عميق ممكن است اتفاق بيفتد وهردوي اينهاباآب انداختن بتن همراه خواهدبود.جمع شدگي پلاستيك يكي ازمشخصه هاي بتن تازه است كه بوسيله تنشهاي مويينگي در آب حفره اي بوجود مي آيد.

يك حالت مخصوص ازتركها مربوط به تركهاي نشست افقي است و هنگامي كه فواصل آرماتورها كم است ممكن است اتفاق بيفتد.اين تركها باعث لايه لايه شدن درروي بالاي فولادهامي گردند.درموقيت هاي نامناسب پوشش كف نيز ممكن است لايه لايه شود كه اين امرباعث كنده شدن پوشش مي گردد.مكانيزم خرابي دراين حالت داراي ماهيت انبساطي شبيه يخ زدن دربتن و زنگ زدگي فولاد مي باشدكه مي تواند باعث كنده شدن ناگهاني پوشش درقسمتهاي مهم سازه گرددودرنتيجه استفاده از سازه رادرمعرض خطر قرار دهد.

3- تركهاي ناشي از بارگذاري

اين تركها شامل تركهاي بوجود آمده در اثر خمش ،برش ،كشش و... مي باشد.   درهرمقطعي كه آرماتورهاي پيوندي درجهت عمودبرتنشهاي كششي قراردارند تركها تحت بار سرويس عمدتا"(كمتر از 0.5 ميلي متر)خواهد بود.اين مطلب حتي وقتي هيچ عملي جهت كنترل تركها صورت نميگيرد به شرطي كه آرماتورها تحت بارسرويس جاري نشوند نيزصحت دارند.بيشترين نقاطي كه ممكن است تعدادي ترك وجود داشته باشد نقاط حداكثر تنش است.

4- تركهاي ناشي از انبساط مصالح داخل بتن

به عنوان نمونه می توان از خوردگی فولاد در بتن نام برد.

5- تركهاي ناشي از شرایط موجود خارجی

اعمال بار یاتغییر شکل ایجاد شده بوسیله نشستهای متفاوت در پی بتن نمونه هایی از این حالت می باشند. 

فرمولهاي متعددي براي پيش بيني تركها در بتن تحت تاثير عوامل بوجود آمورنده آنها پيشنهاد شده است ولي در آيين نامه بتن كاملترين آنها ارايه شده است.در آيين نامه تمام فرمولها تركهايي رادر نظر ميگيرند كه تحت خمش ،كشش ،(خمش و بارمحوري) بوجود مي آيند.پيش بيني عرض تركهاي بوجود آمده توسط برش ،پيچش وساير اشكال بارها بطوركامل مورد مطالعه قرارنگرفته اند،توافق براين است كه تركهايي كه توسط بار يا تغيير شكل هاي وارده رخ مي دهند درموارد معمولي باعث بروز ضررهاي جدي نمي گردند مشروط بر اينكه سازه از جهات ديگراطمينان بخش باشد.

 

6. بروز خوردگي

خوردگي در علم مهندسي يکي از مهمترين مسائلي مي باشد که علاوه بر پديدآوردن مشکلات اقتصادي، زيست محيطي، فني، ايمني و ... بخش قابل ملاحظه اي از تحقيقات و پژوهش هاي صنعتي را به خود اختصاص داده است . افزايش قيمت انرژي، نيروي انساني، فشارها و دماهاي بالا و محيط هاي خورنده تر و پيچيده تر در فرآيندهاي صنعتي باعث مي شوند که زيان هاي اقتصادي ناشي از خوردگي در سالهاي آتي بطور تصاعدي افزايش يابند . اهميت خوردگي در صنايع هنگامي فزوني پيدا مي کند که اثرات سوء آن بطور مستقيم امنيت کاربران را تهديد کند .در تاسيسات خدماتي نظير خطوط انتقال و مخازن آب ، خوردگي باعث کاهش عمر بهره‌برداري و صرف هزينه‌هاي سنگين نگهداري مي‌شود.

 6-1.خوردگي شياري (Crevice Corrosion)

شايعترين نوع خوردگي در مخازن آب خوردگي شياري است. اين حالت در شيارها و نواحي روي سطح مخزن که محلول هاي خورنده در اين قسمت ها ساکن شده اند رخ مي دهد . خوردگي شياري در محل تماس لاستيک و فلز شروع شده و پيشروي مي کند. در تسمه هاي نگهدارنده مخزن نبايستي در زير تسمه ها واشر بکارگيري شود تا از گير افتادگي مايعات در زير آن جلوگيري شود.

6-2. حفره دار شدن (Pitting)

در خوردگي حفره اي سطح کوچکي از فلز در اثر عيوب خاصي مانند نقص در پوشش دهي در مجاورت محيط خورنده قرار مي گيرد و با شدت زيادي خورده مي شود . اين نوع خوردگي شديدا موضعي و متمرکز است که باعث سوراخ شدن فلز يا کامپوزيت مي شود .

حفره ها معمولاً در جهت نيروي جاذبه رشد مي کنند . حفره دار شدن در اثر يک واکنش آندي اتوکاتاليتيکي مي باشد. مخازن مورد استفاده بايستي از عوامل خورنده محافظت گردند که اين عمل با پوشش مناسب  (کاورينگ رزين يا زئوليت هاي دو لايه مرکب همراه با سيمنت دريايي) انجام مي گيرد.

 

شکل شماره 1.بروز خوردگي شديد در مخازن ذخيره آب

 

6-3. خوردگي بين دانه اي (Intergraular Corrosion)

مرزدانه ها نواحي پر انرژي بوده و از نظر شيميائي فعال تر مي باشند . بدين علت موقعيکه سطح يک فلز يا مواد سازند  مصالح مرکب در معرض يک ماده خورنده قرار مي گيرد، مرز دانه ها اندکي سريعتر از سطح دانه ها خورده مي شوند.

همانطور که مي دانيم آلياژها به دو حالت همگن و ناهمگن وجود دارند آلياژهاي همگن در برابر خوردگي مقاوم ترند زيرا در اين نوع آلياژها حالت گالوانيکي وجود ندارد . بنابراين براي تشکيل يک آلياژ همگن در ساخت مخازن بايد عناصر تشکيل دهنده اين محلول جامد کنترل گردد .

با توجه به ترکيب شيميائي فولادهاي فوق بعنوان مواد مصرفي جهت ساخت مخازن به تشريح در اين مکانيزم مقاومت در برابر خوردگي در اين نوع فولادهاي آلياژي مي پردازيم . کرم (Cr) به عنوان فلز پايه بازي براي محافظت از آهن نقش قرباني را در خوردگي ايفا مي کند.به اين ترتيب که در اثر هجوم اکسيژن به سطح فلز مورد نظر مقدار زيادي اکسيد آهن ايجاد مي شود اما به علت ميل ترکيبي بيشتر کرم با اکسيژن، ميزان کم اکسيد کرم جايگزين آهن شده و لايه چسبنده کرم در سطح، لايه مقاومي  ايجاد مي نمايد و کرم در برابر نفوذ اکسيژن در سطح ترکيب اکسيد آهن سدي ايجاد مي نمايد. و به اين صورت از فلز محافظت مي کند.

 

شکل شماره 2. بروز خوردگي شديد در تانک استيل سيار ذخيره آب

 

6-4. خوردگي گالوانيکي يا دو فلزي ( Galvanic or two metal Corrosion)

 اختلاف پتانسيل الکتريکي بين دو فلز غير همجنس که در تماس با يکديگر مي باشند سبب برقراري جريان الکترون بين آنها شده و عامل ايجاد خوردگي گالوانيکي مي گردد . در اين خوردگي اثرات محيطي مانند دما، رطوبت و اثر سطح، نسبت سطح آند و کاتد نقش مهمي در سرعت خوردگي دارند .

با محافظت بدنه فولادي مخازن فلزي در تماس مستقيم با آلومينيوم کمتر دچار خوردگي شده و عمر مخازن افزايش مي‌يابد اين ترفند در مخازن بتني نيز قابل استفاده است بايد به اين نکته توجه داشت که در هنگام انتخاب قطعات و اتصالات سيستم آب به نوع جنس مورد استفاده دقت نمود. در اتصالات سعي شود بجاي واشر و متعلقات فلزي از مواد ترکيبي، پلاستيکي و پلي‌اتيلن استفاده شود تا خوردگي در مخازن کاهش يابد.

 

شکل شماره 3. تخريب موضعي بدنه داخلي در اثر خوردگي مخزن

 

6-5. خوردگي توام با تنش درجه حرارت (SCC (Stress Corrosion

نتيجه اعمال همزمان تنش هاي کششي ، ترکيب شيميائي محلول، SCC محيط خورنده روي فلز مي باشد . فاکتورهاي مهم درترکيب شيميائي فلز يا کامپوزيت مورد استفاده در مخزن، تنش و ساختمان فلز مي باشد .  يک مثال از اين تنش ها مي توانند باعث ايجاد فشردگي در يک نقطه و عدم فشردگي در نقطه ديگر شوند اين عمل سبب تشکيل يک پيل مي گردد و در آن نقاط داراي فشردگي کم به عنوان آند مساعد جهت خوردگي توسط محيط مي شوند حال آنکه نقاط داراي فشردگي اتمي به عنوان کاتد محافظت درنتيجه باران هاي اسيدي نمي تواند ايجاد شود چرا که اين اسيدها قدرت کافي جهت فرايند  SCC را ندارند.

 

  6-7. راه حل

  مخازني که با الياف شيشه پوشانده شده اند نبايستي در تماس با اسيد باشند . باتري ها نبايستي نزديک مخازن قرار داده شوند . اين باتري ها براحتي مي توانند کج شده و اسيد سولفوريک از آنها ريزش کند . در ضمن باتري ها بخار اسيد سولفوريک ساطع مي نمايند که بر روي مخازن مي نشيند. مطمئن شويد که باتري وسيله نقليه در فاصله مطمئن از مخازن کامپوزيت پوشيده شده با الياف شيشه قرار دارند.

 

7. خوردگي در شبكه هاي ثقلي ،ايستگاههاي پمپاژ و تصفيه خانه ها

معمولا" شبكه هاي ثقلي فاضلاب براي آينده اي طولاني و گاهي براي 50 سال طراحي مي شوندوطراحان ترجيح مي دهندبراي كاستن ازشيب زياد ازلوله هاي قطورتراستفاده نمايند.اين موضوع به كاستن عمق لوله گذاري وكاهش هزينه هاي اجرايي كمك خواهد نمود.تمام اين مسايل منجربه كاهش سرعت جريان درسالهاي اوليه بهره برداري ازفاضلابروخواهدانجاميد.درعين حال ميزان جريان نيزدرسالهاي اول بهره برداري خيلي كم خواهدبود.كمي جريان وسرعت باعث توقف مدت زمان بيشتر فاضلاب درلوله ها  گرديده ومقداري از مواد معلق آلي و معدني فاضلاب درلوله رسوب خواهد نمود.اين عمل اثر مهمي درپيدايش لايه هاي بيولوژيكي درقسمت مستغرق لوله هاداشته و فعل و انفعالات بيولوژيكي انجام شده باعث پيدايش و متصاعد شدن  H₂Sو به دنبال آن اكسيداسيون و تشكيل H₂SO₄ خورنده خواهد گرديد. اگرآشغالگيرها ياخردكننده هاي ورودي فاضلاب به تصفيه خانه خوب نگهداري نشوندممكنست تجمع موادگرفته شده در پيدايش H₂S موثر باشد،چون ايستگاههاي پمپاژ هم براي آينده طولاني طراحي مي شوند،درسالهاي اوليه بهره برداري ممكنست توقف فاضلاب در آنها طولاني باشد كه در اثر آن قسمتي از مواد جامد آلي فاضلاب درايستگاههاي پمپاژ رسوب نمايد كه اين تجمع و گنديدگي توام با فعاليتهاي باكتريهايي در پيدايش و تصاعد H₂Sموثرخواهد بود. با استفاده از فضاي كمتري براي حوضچه هاي آرامش براي توقف كوتاهتر فاضلاب در آن و تنظيم خاموش و روشن كردن پمپ واستفاده از پمپهاي با سرعت متغيرو تميز كردن مرتب حوضچه هاي پمپاژ تا حدودي مي توانيم از مشكلات مربوط به خوردگي  H₂S بكاهيم.

 

8. مخازن پيش ساخته آب و کاربردهاي آن

با توجه به محدوديتهاي ذاتي آب در كشور ، عدم توازن بارندگي ، پديده هاي طبيعي خشكسالي ، كاهش كيفيت منابع آب موجود ، روند افزايش جمعيت و مصرف , رشد صنايع و بخش وسيع كشاورزي ، كه سهم عظيمي از آبهاي با كيفيت را به خود اختصاص داده اند ، نياز به برنامه ريزي و مديريت اصولي در كاهش تبعات و اثرات آن و توجه به موضوع ذخيره سازي صحيح آب دارد .

 

شکل شماره 4.حفاظت در برابر خوردگي با انتخاب مصالح مناسب

 

 8-1.قابليت هاي مخازن پيش ساخته آب

مخازن پيش ساخته نسبت به مخازن درجا مزايا و توانمندياي متفاوتيدارند.

-مي‌توان آنها را متفاوت با نوع ماده در برابر خوردگي مقاوم نمود.

-در برابر اثرات محيطي قابل مقاوم مي‌ باشند.

- مخازن پيش ساخته آب کاملا پيچ ومهره اي بوده و براحتي مونتاژ ، دمونتاژ و جابجا مي شوند.

- داراي طراحي دقيق از لحاظ شكل و استحكام مكانيكي بوده, تحت استاندارد ISO مي باشند.

- در ابعاد و حجمهاي مختلف از 25 الي 1775 متر مکعب ارائه شده و با حداقل نفرات و در زماني کوتاه در محل مورد نظر و براحتي نصب مي گردند.

- جلوگيري از تبخير آب به ميزان 90الي 95درصد و جلوگيري از رويش جلبک , بعلت وجود پوششهاي شناور داخل مخازن (Airfloat floating sheets) و يا پوششهاي روي مخزن (Genaroof or Airtop siloroof) که علاوه برآن ، مانع ورود گرد و غبار حاصل از باد و حشرات به داخل مخزن مي گردد.

- داراي استحکام كششي فوق العاده اي هستند.

- مقاومت بالائي در برابر تغيير طول ناشي از حرارت دارند.

- در برابر بادهاي شديد مقاوم مي باشند.

- در برابر هوادهي مصنوعي در پروژه هاي تصفيه فاضلاب و پرورش ماهي و ميگو مقاومت كافي دارند.

- استفاده ازحداقل فضاي ممکن جهت ذخيره آب در حجم هاي متفاوت , حتي داخل سالن هاي سر پوشيده.

- كميت و كيفيت آب در اين مخازن بطور روزانه و براحتي قابل اندازه گيري و کنترل مي باشد.

- جهت ذخيره آب در مناطق با درجه فرسايش بالا ورقه هاي تانکر در هر دو طرف توسط کوتينگ شده اند , لذا در مقابل فرسايش حتي در مناطق شوره زار تا 30 سال مقاومند.

- انواع مختلفي از پوششهاي Aquatex با توجه به شرايط آب وهوايي از مناطق سردسير تا گرمسير با درجه UV بالا و براي مصارف گوناگون کشاورزي و باغباني و صنعتي و ... بطور تخصصي پيش بيني شده است.

 پیشنهاد می‌کنیم محصول آب بندی بتن را هم بررسی کنید.

شکل شماره 5 . مخازن سطحي قابل پياده سازي سريع و مقاوم در برابر خوردگي و بعضي عوامل محيطي

 

8-2.کاربرد مخازن پيش ساخته آب

- مناسب براي ذخيره آب آشاميدني در نقاط مختلف کشور , تحت استاندارد بين المللي ISO 9001 , KIWA , ATA .

- مناسب براي ذخيره سيالات مختلف صنعتي با ايمني كامل جهت جلوگيري از نشت روغن يا سوخت و يا مواد شيميايي به محيط بيرون از مخزن و حفاظت از محيط زيست.

- مناسب براي پرورش صنعتي ماهي و ميگو در توسعه طرحها.

- مناسب براي ذخيره آب باران و ساير آب ها جهت استفاده در کشاورزي و باغباني و آبخيزداري در نقاط مختلف کشور.

- مناسب براي ذخيره آب ، در پاركها و زمينهاي ورزشي و ميادين شهري.

- مناسب جهت ذخيره موقت نفت.

- گروه هاي مصرف : ساختماني ، صنعت ، محيط و ...

 

8-3.  معايب مخازن بتني نسبت به مخازن پيش ساخته آب

1 - مخازن بتني نسبت به مخازن پيش ساخته گالوانيزه بسيار گرانترند.

2 - نصب مخازن بتوني به زمان بيشتري نياز دارد و بعد از ساخت نيز بلافاصله قابل استفاده نيستند چرا كه بتون بايد سفت شود، در صورتي كه مخازن پيش ساخته آب اينطور نيستند.

3 - مخازن پيش ساخته آب, قابل دمونتاژ شدن و جابجايي هستند اما مخازن بتوني اينگونه نيستند بنابراين مخازن گالوانيزه انعطاف پذيرند.

4 - مخازن بتني به فونداسيون سنگين تري در مقايسه با مخازن گالوانيزه نياز دارند.

5 - بعلت وجود سولفيد هيدروژن درآبهاي فاضلاب شهري و روستايي كه موجب خرده شدن بتن مي گردد، استفاده از مخازن بتني در اين خصوص ، به هيچ وجه مناسب نيست.

6 - تركيدگي بتون بخصوص در زمستان در سازه بتني مخازن ذخيره ، تصفيه خانه هاي فاضلاب ، خطوط انتقال و شبكه هاي توزيع آب ، بسيار حائز اهميت است.

7 - مخازن بتني بر خلاف مخازن پيش ساخته فلزي آب داراي محدوديتهاي زماني (فصلي) و مکاني در ساخت و نصب مي باشند.

8 - اگر چه بتن يك ماده محبوب و پر استفاده در مصالح ساختماني است ، اما داراي نقطه ضعف هايي همانند مقاومت كششي و شكل پذيري پايين ، جذب كم انرژي ، انقباض و جمع شدگي بتن و در پي آن ترك خوردگي ناشي از آن و در نهايت ، تركهاي ناشي از عمل آوري نامناسب و سخت شدگي بتن مي باشد.

 پیشنهاد می‌کنیم محصول واتراستاپ را هم بررسی کنید.

9 .   نتيجه گيري

يکي از بحث انگيزترين مسائلي که در بررسي مخازن مورد توجه است انواع خوردگي و روشهاي مقابله با آن است. در اين مقاله پس از بررسي انواع خوردگي براي جلوگيري از اين پديده نامطلوب مبايستي مخازني که با الياف شيشه پوشانده شده اند در مجاورت مواد و ترکيبات اسيدي نباشند.

عمده ترین عامل پیدایش بو و خوردگی در سیستم فاضلابی ترکیبات گوگردیست که متاسفانه بمیزان قابل توجهی در فاضلابها به علت تخلیه فاضلابهای صنعتی در تاسیسات فاضلابی و یا در اثر فعل و انفعالات در ترکیبات گوگردی موجود در فاضلاب نظیر سولفات بوجود می آید دیده می شود. باید توجه داشت بیشتر اعتراض از ناحیه وجود ترکیبات گوگردی در تاسیسات فاضلابی مربوط به H₂S گازی یا محلول است که علاوه بر شرکت در فعل و انفعالات خوردگی دارای بوی بسیار زننده ای شبیه تخم مرغ گندیده است. در لوله های انتقال فاضلاب ساخته شده از بتن،آهن یا فولاد ،اسید سولفوریک تولید شده میتواند لوله های فاضلاب را در نقاط مختلف بویژه در تاج لوله مورد حمله قرار داده آنرا تخریب نماید.این پدیده در اثرگرما ونیز در مواردی که شیب خط انتقال کم باشد باعث تشدید خوردگی شده واثر تخریبی  آن افزایش می یابد.خسارات زیادی ناشی از این عوامل در نقاط مختلف جهان بویژه در سواحل گرم بوجود آمده است. در ساخت لوله های بتنی باید سعی شود از بتن با نفوذ پذیری کم استفاده شود که این نوع بتن از ساخت مخلوطی با نسبت w/c با تراکم مناسب ونگهداری کافی بدست می آید تا کمترین نفوذ CO₂ ،^–CL وحمله بتن ها را داشته باشیم.

مخلوط بتن دارای PH=12 باشد که فولاد در این حالت غیر فعال است.

نوع خوردگی (حفره ای و یکنواخت) در آرماتور فولاد دیده شده است که توسط یونهای ^–CL و CO₂ بوجود می آید.

خوردگی حفره ای زمانی آغاز می شود که نسبت /CL^– OHاز یک حد بحرانی بگذرد و اکسیژن کافی برای انجام واکنش های کاتدی برقرار باشد.پس برای پیشروی خوردگی حفره ای باید دسترسی ساده به یونهای ^–CL و ^–OH و اکسیژن مورد نیاز برای واکنش کاتدی وجود داشته باشد. محصول خوردگی حفره ای کلراید آهن است که در منطقه قلیایی بتن رسوب می کند

يکي از بحث انگيزترين مسائلي که در بررسي مخازن  مورد توجه است انواع خوردگي و روشهاي مقابله با آن است. در اين مقاله پس از بررسي انواع خوردگي براي جلوگيري از اين پديده نامطلوب مبايستي مخازني که با الياف شيشه پوشانده شده اند در مجاورت مواد و ترکيبات اسيدي نباشند.

آزمايش هاي مختلفي مانند آزمايش در محيط اسيدي، آزمايش مخزن تحت شرايط آب شور بر تدوين شده اند ولي اکثر آنها توسط استانداردهاي معتبر ديگري ISO مبناي استاندارد 11439 نيز ارائه شده‌اند . با بررسي آزمايش ها ملاحظه مي گردد که مخازن پيش ساخته بايستي شرايط ويژه اي را در مقايسه با مخازن تحت فشار معمولي سپري نمايند.

 

10. مراجع

1- بررسي انواع خوردگي و علل آن در مخازن نگهداري آب و فاضلاب، علي مومني ، مجيد لطفي حقيقت،شرکت توسعهمنابع آب ،1385

2-آناليز آب و هزينه‌هاي نگهداري, شرکت مهندسي آبفا کشور ، آبان ماه ۱۳۸۰

3-علي مومني، ناصر معالي و علي صالح زاده " گزارش جامع در زمينه مخازن آب" آرشيو معاونت اجرائي شرکت توسعه منابع آب، آذر ماه ١٣٨٠

4- ميسمي. ح. ، نيکجو. ع. ، راهکارهاي بهسازي خوردگي مخازن، دانشگاه شهيد عباسپور -1384

5-  رمضانیانپور،علی اکبر.صارمی،.(1375)"بررسی علل کاهش عمر مفید سازه های بتن مسلح"،انتشارات مرکز تحقیقات راه و ترابری.

6- سید عسکری،"آسیب دیدگی های بتن و علل وعوامل آن"

7- زمانیان، رحیم،.(1385)"خوردگی و روش های کنترل آن"، انتشارات دانشگاه تهران.

8- سید رضی، سید محمد،.(1381) "کنترل خوردگی در صنایع"، جلد اول، انتشارات انجمن خوردگی ایران.

9- مارس،ج. فونتانا،ترجمه احمد ساعتچی،(1380)"مهندسی خوردگی"،انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان.

10-  فرآن هوفر: اصول خوردگي ، ترجمه گروه مهندسي متالوژي دانشگاه صنعتي شريف ،  انتشارات جهاد دانشگاهي صنعتي شريف ، چاپ اول دي 1367

11-  فرزام. منصور : مهندس خوردگي و حفاظت از فلزات ، موسسه انتشارات يادواره كتاب ، چاپ اول 1378   

12-ISO/FDIS 11439, "Gas Cylinder-High Pressure Cylinder for the On-Board Storage of Natural Gas as a Fuel for Automotive Vehicles", 1999.

13-Cylinder Care & Maintenance Handbook. Document Number : GRI- 97/0250 water Chapter

14- HOOP Wrapped Cylinders Production Testing Certificate.(testreport Faber)

15-AWWA. Handbook Of Water Storage.2003, April. VOL.I

16- Pierre R. Roberge, (2000), “Handbook of Corrosion Engineering”, McGraw-Hill, New York.

17- ASM, Metals Park Ohio. (1978) , Metals handbook, 9th Ed, Vol 1.

18.A.W.Peabody, “Control of Pipeline Corrosion”, national association of corrosion Engineers (NACE).

Considering concrete structures of water and wastewater and their retrofitting methods

esmail moradi¹, Ali-Akbar Ahari Abesh Ahmadlou ²

1. M.S student of civil engineering –earthquake Islamic azad university of maraghe
2. MS in Hydraulic Structures – Islamic Azad University, South Tehran Branch.

ABSTRACT

Different structures of water and wastewater are made of concrete like compilation nets and main lines of wastewater, and huge investment is required for their construction. From another point these structures will be disable to be used and invested in a short time rather to their useful life and originate great problems, if they don’t be protected appropriately due to their adjacent place to extant corrosive material in water and wastewater. By considering to the impossibility of sending the wastewater compilation lines out of the orbit and the impossibility of cutting off the flow, requisite studies must be done in order to find methods to prevent unwanted conditions and to preserve the systems. In this paper, by considering to problems due to corrosion, corruption and abrasion of water and wastewater structures, not only are the main effective factors on these phenomena introduced, but also appropriate methods are considered to prevent the problems increase.

RESEARCH INQUERIES

This paper discusses the consideration of concrete structures such as pipes, reservoirs and the ways to control corrosion, also discusses questions like factors of cracking creation in above structures and selection of precast reservoirs rather than concrete reservoirs.

RESEARCH METHOD

This paper says about consideration of main reasons of corrosion such as biologically damage, the way of doing against corrosion in sewers, consideration of reinforced concrete, at least the introduction of precast reservoirs of water.

CONCLUSION

Different kinds of corrosion and the ways to do against it, is one of the debatable issues in consideration of reservoirs. In concrete pipes construction, less permeable concrete which is produced by constructing mixture with w/c proportion according to appropriate compaction and adequate sustaining, should be used in order to have less CO_2, CL^–  penetration and concrete attack.

Key Words

concrete structures ,water and wastewater concrete, corrosion , Additive material ,treatment.